Materiais de automontagem chamados copolímeros em bloco, que são conhecidos por formar uma variedade de previsíveis, padrões regulares, agora podem ser transformados em padrões muito mais complexos que podem abrir novas áreas de design de materiais, uma equipe de pesquisadores do MIT diz.

As novas descobertas aparecem no jornal Nature Communications , em um artigo do pós-doutorado Yi Ding, professores de ciência dos materiais e engenharia Alfredo Alexander-Katz e Caroline Ross, e três outros.

"Esta é uma descoberta que foi, em certo sentido, fortuita, "diz Alexander-Katz." Todos pensaram que isso não era possível, " ele diz, descrevendo a descoberta da equipe de um fenômeno que permite aos polímeros se automontarem em padrões que se desviam de matrizes simétricas regulares.

Copolímeros em bloco de automontagem são materiais cujas moléculas em cadeia, que são inicialmente desordenados, irão se organizar espontaneamente em estruturas periódicas. Os pesquisadores descobriram que, se houvesse um padrão de repetição de linhas ou pilares criados em um substrato, e, em seguida, uma película fina do copolímero em bloco foi formada nessa superfície, os padrões do substrato seriam duplicados no material auto-montado. Mas esse método só pode produzir padrões simples, como grades de pontos ou linhas.

No novo método, existem dois diferentes, padrões incompatíveis. Um é de um conjunto de postes ou linhas gravadas em um material de substrato, e o outro é um padrão inerente criado pelo copolímero de automontagem. Por exemplo, pode haver um padrão retangular no substrato e uma grade hexagonal que o copolímero forma por si mesmo. Seria de se esperar que o arranjo de copolímero em bloco resultante fosse mal ordenado, mas não foi isso que a equipe encontrou. Em vez de, "estava formando algo muito mais inesperado e complicado, "Ross diz.

Acabou sendo um tipo sutil, mas complexo de ordem - áreas interligadas que formaram padrões ligeiramente diferentes, mas regulares, de um tipo semelhante aos quasicristais, que não se repetem exatamente como os cristais normais. Nesse caso, os padrões se repetem, mas em distâncias mais longas do que em cristais comuns. "Estamos aproveitando os processos moleculares para criar esses padrões na superfície" com o material de copolímero em bloco, Ross diz.

Isso potencialmente abre a porta para novas maneiras de fazer dispositivos com características sob medida para sistemas ópticos ou para "dispositivos plasmônicos" nos quais a radiação eletromagnética ressoa com os elétrons de maneiras precisamente sintonizadas, dizem os pesquisadores. Esses dispositivos requerem um posicionamento muito exato e simetria de padrões com dimensões em nanoescala, algo que este novo método pode alcançar.

Katherine Mizrahi Rodriguez, que trabalhou no projeto na graduação, explica que a equipe preparou muitas dessas amostras de copolímero em bloco e as estudou em um microscópio eletrônico de varredura. Yi Ding, que trabalhou nisso para sua tese de doutorado, "comecei a olhar várias vezes para ver se surgiam padrões interessantes, "ela diz." Foi quando todas essas novas descobertas meio que evoluíram. "

Os padrões estranhos resultantes são "um resultado da frustração entre o padrão que o polímero gostaria de formar, e o modelo, "explica Alexander-Katz. Essa frustração leva a uma quebra das simetrias originais e à criação de novas sub-regiões com diferentes tipos de simetrias dentro delas, ele diz. "Essa é a solução que a natureza apresenta. Tentando encaixar na relação entre esses dois padrões, surge uma terceira coisa que quebra os padrões de ambos. "Eles descrevem os novos padrões como uma" superrede ".

Tendo criado essas novas estruturas, a equipe desenvolveu modelos para explicar o processo. Co-autor Karim Gadelrab Ph.D. 19, diz, "O trabalho de modelagem mostrou que os padrões emergentes são de fato termodinamicamente estáveis, e revelou as condições sob as quais os novos padrões se formariam. "

Ding diz "Nós entendemos o sistema totalmente em termos de termodinâmica, "e o processo de automontagem" nos permite criar padrões finos e acessar algumas novas simetrias que, de outra forma, são difíceis de fabricar. "

Ele diz que isso remove algumas limitações existentes no design de materiais ópticos e plasmônicos, e assim "cria um novo caminho" para o design de materiais.

Até aqui, o trabalho que a equipe fez foi confinado a superfícies bidimensionais, mas no trabalho contínuo, eles esperam estender o processo para a terceira dimensão, disse Ross. "A fabricação tridimensional seria uma virada de jogo, "ela diz. As técnicas atuais de fabricação de microdispositivos criam uma camada de cada vez, ela diz, mas "se você pode construir objetos inteiros em 3-D de uma vez, "isso tornaria o processo muito mais eficiente.

Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.